CN111519263A - 一种轻质中低频吸声材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种轻质中低频吸声材料及其制备方法。所述材料包括以熔喷非织造布为基体，在基体上覆盖的聚丙烯腈纳米纤维膜或聚丙烯腈/二氧化钛纳米纤维膜。制备方法采用静电纺丝技术在熔喷非织造布基底上制备聚丙烯腈纳米纤维膜或聚丙烯腈/二氧化钛纳米纤维膜。本发明的材料具有较好的中低频吸声性能，制备操作方法简单，实现一步层合，免去后处理加工等层合工艺。

Description

一种轻质中低频吸声材料及其制备方法
技术领域
本发明属于吸声材料及其制备领域，特别涉及一种轻质中低频吸声材料及其制备方法。
背景技术
传统的吸声材料如吸声泡沫、纤维材料、穿孔板等具有良好的高频吸声性能，而低频吸声效果较差。然而，中低频噪声对人体健康的潜在危害更大，因此，低频吸声结构和吸声材料的发展尤为重要。近年来，纳米纤维由于具有低直径、比表面积高、孔隙率大、柔软轻质和高孔隙率等优点，其应用逐渐扩大到声学领域，微/纳米纤维膜复合纺织材料多层结构逐渐成为吸声降噪领域的研究热点。相比于均质吸声材料，不同厚度的多层材料具有更加优异的吸声性能，可以在较宽的频率范围内实现较高的吸声系数。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种轻质中低频吸声材料及其制备方法，该吸声材料厚度小，质量轻，可以有效地降低中低频噪音。该制备方法流程较短，工艺合理，操作简单，生产成本低。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种轻质中低频吸声材料，其特征在于，包括以熔喷非织造布为基体，在基体上覆盖的聚丙烯腈纳米纤维膜或聚丙烯腈/二氧化钛纳米纤维膜。
优选地，所述熔喷非织造布的厚度为5～8mm。
优选地，所述纳米纤维膜的原料为聚丙烯腈和N,N-二甲基甲酰胺，或者聚丙烯腈、二氧化钛和N,N-二甲基甲酰胺。聚丙烯腈纳米纤维膜作为吸声材料，因其具有良好的热、力学性能，受环境相对湿度和温度(玻璃化温度约90℃)变化的影响较小。
本发明还提供了上述轻质中低频吸声材料的制备方法，其特征在于，采用静电纺丝技术在熔喷非织造布基底上制备聚丙烯腈纳米纤维膜或聚丙烯腈/二氧化钛纳米纤维膜，实现一步层合，免去后处理加工等层合工艺。
优选地，包括以下步骤：
步骤1)：配制纺丝液：将聚丙烯腈加入到N,N-二甲基甲酰胺中，根据需要加入二氧化钛，磁力搅拌，得到均匀溶液；
步骤2)：以熔喷非织造布为基底，将纺丝液进行静电纺丝；
步骤3)：纺丝完毕后，将所得材料在室温下干燥处理。
更优选地，所述步骤1)制得的纺丝液中聚丙烯腈的质量浓度为5～12％；二氧化钛的质量浓度为0.5～5％。
更优选地，所述步骤1)中磁力搅拌的时间为20～24h。
更优选地，所述步骤2)中静电纺丝的工艺为：外加电压8～12kV，纺丝速度0.8～1.2mL/h，纺丝距离10～16cm。
所述纳米纤维膜为PAN纳米纤维膜或PAN/TiO2纳米纤维，具有良好的热力学性能，受环境相对湿度和温度(玻璃化温度约90℃)变化的影响较小。
本发明所制备的纳米纤维复合非织造吸声材料具有较好的中低频吸声性能，并且制备操作方法简单，以普通熔喷非织造布为基底，聚丙烯腈和二氧化钛为原料制备纳米纤维膜，生产成本较低。相比于传统高密度吸声材料，具有质量轻、柔软和易于制备等特点；相比于纤维和泡沫等多孔降噪材料，可有效改善中低频吸声性能。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
(1)本发明涉及的纳米纤维复合非织造吸声材料，基底材料为熔喷非织造布，覆盖聚丙烯腈(聚丙烯腈/二氧化钛)纳米纤维膜，不仅质量轻、厚度小，而且可以有效降低中低频噪声；
(2)本发明操作简单，生产成本低，环境污染小，符合可持续发展的要求，具有很好的经济和社会价值。
附图说明
图1为本发明提供的轻质中低频吸声材料的模型；
图2为非织造布原样、实施例1、实施例2和实施例3得到纳米纤维复合非织造吸声材料的100-2500Hz吸声系数图；
图3为非织造布原样、实施例1、实施例2和实施例3得到纳米纤维复合非织造吸声材料的100-500Hz吸声系数图；
图4为非织造布原样、实施例3、实施例4、实施例5和实施例6得到纳米纤维复合非织造吸声材料的100-2500Hz吸声系数图；
图5为非织造布原样、实施例3、实施例4、实施例5和实施例6得到纳米纤维复合非织造吸声材料的100-500Hz吸声系数图。
具体实施方式
为使本发明更明显易懂，兹以优选实施例，并配合附图作详细说明如下。
实施例1-5中所采用的N,N-二甲基甲酰胺为国药集团化学试剂有限公司生产的化学纯N,N-二甲基甲酰胺；聚丙烯腈为上海沃凯化学试剂有限公司生产的白色到黄色粉末，相对分子质量为150,000；二氧化钛为阿拉丁试剂有限公司的高纯试剂，平均粒径为0.2-0.4μm。
实施例1
一种轻质中低频吸声材料及其制备方法：
步骤(1)：配制聚丙烯腈纺丝液，将聚丙烯腈加入N,N-二甲基甲酰胺中，其中，聚丙烯腈的浓度分别为6wt％(如N,N-二甲基甲酰胺为4.7g，则添加聚丙烯腈0.3g)，磁力搅拌20～24h，得到均匀溶液；
步骤(2)：以非织造布为基底进行静电纺丝：外加电压10kV，纺丝速度为1mL/h，纺丝距离为12cm。
步骤(3)：在室温下干燥处理，得到纳米纤维复合非织造布吸声材料；吸声系数如图2(100-2500Hz)、图3(100-500Hz)所示。
实施例2
一种轻质中低频吸声材料及其制备方法：
步骤(1)：配制聚丙烯腈纺丝液，将聚丙烯腈加入N,N-二甲基甲酰胺中，其中，聚丙烯腈的浓度分别为8wt％(如N,N-二甲基甲酰胺为4.6g，则添加聚丙烯腈0.4g)，磁力搅拌20～24h，得到均匀溶液；
步骤(2)：以非织造布为基底进行静电纺丝：外加电压10kV，纺丝速度为1mL/h，纺丝距离为12cm。
步骤(3)：在室温下干燥处理，得到纳米纤维复合非织造布吸声材料；吸声系数如图2(100-2500Hz)、图3(100-500Hz)所示。
实施例3
一种轻质中低频吸声材料及其制备方法：
步骤(1)：配制聚丙烯腈纺丝液，将聚丙烯腈加入N,N-二甲基甲酰胺中，其中，聚丙烯腈的浓度分别为10wt％(如N,N-二甲基甲酰胺为4.5g，则添加聚丙烯腈0.5g)，磁力搅拌20～24h，得到均匀溶液；
步骤(2)：以非织造布为基底进行静电纺丝：外加电压10kV，纺丝速度为1mL/h，纺丝距离为12cm。
步骤(3)：在室温下干燥处理，得到纳米纤维复合非织造布吸声材料；吸声系数如图2(100-2500Hz)、图3(100-500Hz)所示。
实施例4
一种轻质中低频吸声材料及其制备方法：
步骤(1)：配制聚丙烯腈纺丝液，将聚丙烯腈加入N,N-二甲基甲酰胺中，加入TiO2，其中，聚丙烯腈的浓度分别为10wt％，TiO2的浓度分别为1wt％(如N,N-二甲基甲酰胺为4.45g，则添加聚丙烯腈0.5g，二氧化钛0.05g)，磁力搅拌20～24h，超声波震荡30min，得到均匀溶液；
步骤(2)：以非织造布为基底进行静电纺丝：外加电压10kV，纺丝速度为1mL/h，纺丝距离为12cm。
步骤(3)：在室温下干燥处理，得到纳米纤维复合非织造布吸声材料；吸声系数如图4(100-2500Hz)、图5(100-500Hz)所示。
实施例5
一种轻质中低频吸声材料及其制备方法：
步骤(1)：配制聚丙烯腈纺丝液，将聚丙烯腈加入N,N-二甲基甲酰胺中，加入TiO2，其中，聚丙烯腈的浓度分别为10wt％，TiO2的浓度分别为2wt％(如N,N-二甲基甲酰胺为4.4g，则添加聚丙烯腈0.5g，二氧化钛0.1g)，磁力搅拌20～24h，超声波震荡30min，得到均匀溶液；
步骤(2)：以非织造布为基底进行静电纺丝：外加电压10kV，纺丝速度为1mL/h，纺丝距离为12cm。
步骤(3)：在室温下干燥处理，得到纳米纤维复合非织造布吸声材料；吸声系数如图4(100-2500Hz)、图5(100-500Hz)所示。
实施例6
步骤(1)：配制聚丙烯腈纺丝液，将聚丙烯腈加入N,N-二甲基甲酰胺中，加入TiO2，其中，聚丙烯腈的浓度分别为10wt％，TiO2的浓度分别为3wt％(如N,N-二甲基甲酰胺为4.35g，则添加聚丙烯腈0.5g，二氧化钛0.15g)，磁力搅拌20～24h，超声波震荡30min，得到均匀溶液；
步骤(2)：以非织造布为基底进行静电纺丝：外加电压10kV，纺丝速度为1mL/h，纺丝距离为12cm。
步骤(3)：在室温下干燥处理，得到纳米纤维复合非织造布吸声材料；吸声系数如图4(100-2500Hz)、图5(100-500Hz)所示。

Claims (8)

1.一种轻质中低频吸声材料，其特征在于，包括以熔喷非织造布为基体，在基体上覆盖的聚丙烯腈纳米纤维膜或聚丙烯腈/二氧化钛纳米纤维膜。
2.如权利要求1所述的轻质中低频吸声材料，其特征在于，所述熔喷非织造布的厚度为5～8mm。
3.权利要求1所述的轻质中低频吸声材料，其特征在于，所述纳米纤维膜的原料为聚丙烯腈和N,N-二甲基甲酰胺，或者聚丙烯腈、二氧化钛和N,N-二甲基甲酰胺。
4.权利要求1-3任意一项所述的轻质中低频吸声材料的制备方法，其特征在于，采用静电纺丝技术在熔喷非织造布基底上制备聚丙烯腈纳米纤维膜或聚丙烯腈/二氧化钛纳米纤维膜。
5.如权利要求4所述的轻质中低频吸声材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1)：配制纺丝液：将聚丙烯腈加入到N,N-二甲基甲酰胺中，根据需要加入二氧化钛，磁力搅拌，得到均匀溶液；
步骤2)：以熔喷非织造布为基底，将纺丝液进行静电纺丝；
步骤3)：纺丝完毕后，将所得材料在室温下干燥处理。
6.如权利要求5所述的轻质中低频吸声材料的制备方法，其特征在于，所述步骤1)制得的纺丝液中聚丙烯腈的质量浓度为5～12％；二氧化钛的质量浓度为0.5～5％。
7.如权利要求5所述的轻质中低频吸声材料的制备方法，其特征在于，所述步骤1)中磁力搅拌的时间为20～24h。
8.如权利要求5所述的轻质中低频吸声材料的制备方法，其特征在于，所述步骤2)中静电纺丝的工艺为：外加电压8～12kV，纺丝速度0.8～1.2mL/h，纺丝距离10～16cm。
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